引言

隨著中國生態(tài)保護、退耕還林政策的逐年推進,我國綠地覆蓋率顯著提升。2020年全國共完成造林677萬hm2,全國濕地保護率達50%以上,城市人均公園綠地面積達14.8m2。綠化狀況的改善也為地處長江口的上海地區(qū)提供了比以往更適宜鳥類生存的環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計,截至2018年底,上海實際用地面積大約為6340km2,僅占全國的0.066%,但本地記錄的鳥類達484種,超過了中國鳥類總種群(1471種）的30%。鳥類的數(shù)量擴大,加上其活動頻繁,妨礙了配電線路的正常運轉。據(jù)筆者對上海市崇明地區(qū)電網(wǎng)公司進行的一次調研資料分析可知,在2020年期間,因鳥害導致統(tǒng)計區(qū)域內110(66）kV及以上電壓等級的配電線路屢次出現(xiàn)故障,其中供電中斷32次,約占全年供電中斷事故的1/4。由鳥類活動引發(fā)的輸電線路故障已成為影響國內外電網(wǎng)安全運行的重大隱患。

1上海地區(qū)鳥類資源分布特點

1.1上海地域概況

上海位于中國東部沿海,屬亞熱帶季風性氣候,具有豐富的濕地資源,年平均降水量在1100～1300mm,季節(jié)分明、日照充分、雨量充沛。作為長江三角洲沖積平原的一部分,上海林業(yè)用地面積1133km2(170余萬畝）,森林覆蓋率達18.2%,鎮(zhèn)區(qū)綠化覆蓋率達20%,具有11個植被類型、571個植物群落。多樣化豐富的城市森林生態(tài)系統(tǒng)框架,為不同類型的鳥類提供了良好的生活場所。

上海電網(wǎng)是我國最大的城市電網(wǎng),據(jù)2020年負荷用電量數(shù)據(jù)可知,全年上海全市的用電量為1576億kw·h,電力需求2850萬kw,處于持續(xù)穩(wěn)定的增長態(tài)勢。上海電網(wǎng)對變電站保護等二次系統(tǒng)的配置、設計原則及運行管理有其特殊要求,有必要開展對變電站保護及二次系統(tǒng)的標準化設計。目前對上海電網(wǎng)中母線保護、線路保護、主變壓器保護及母聯(lián)分段保護的標準化設計工作已完成,但缺乏對涉鳥故障及其應對措施的研究。

1.2上海地區(qū)鳥類活動情況

上海位于東亞—澳新候鳥遷徙路線的中間位置,對于鳥類而言,無論是春季從中國東南沿海沿海岸線一路北上,還是秋季將路線顛倒一路南下,在遷徙途中都要在上海停歇。據(jù)調查,上海目前已記錄484種野生鳥類,其中有78種屬于國家一、二級保護動物,候鳥的種類大大超過留鳥。上海地區(qū)的鳥類棲息地主要為崇明東灘、南匯東灘、九段沙及部分濕地水系地區(qū),豐富的河流系統(tǒng)以及適宜的氣候都為鳥類提供了優(yōu)質的生活環(huán)境。以崇明東灘為例,崇明東灘鳥類自然保護區(qū)棲息的鳥類是以酶、雁鴨、鷺、鷗與鶴五種為代表的遷徙鳥類。據(jù)統(tǒng)計,至2010年底,該地區(qū)已環(huán)志鵒酶類共46種,其中大濱酶、黑腹濱酶和翹嘴酶是環(huán)志數(shù)量最多的3種。

2上海地區(qū)線路涉鳥故障分析

2.1涉鳥故障種類

輸電線路涉鳥故障是由于鳥類在輸電線路上活動造成的輸電設備損壞、跳閘等故障。據(jù)統(tǒng)計分析,涉鳥故障可分為如表1所示的幾種。相關研究表明,鳥糞閃絡是輸電線路鳥害最重要的原因,約占鳥類引起線路跳閘故障的90%。

2.2上海電網(wǎng)涉鳥故障統(tǒng)計與特征分析

以上海市崇明地區(qū)輸電線路為例,該地區(qū)自然保護區(qū)、生態(tài)綠地面積較大,鳥類活動頻繁,表2為2020年該地區(qū)輸電線路的涉鳥故障情況。據(jù)統(tǒng)計,當年統(tǒng)計區(qū)域110(66）kV及以上電壓等級的配電線路,鳥類造成供電中斷共32次,約占全年供電中斷事故總數(shù)的1/4。

分析2020年上海市崇明地區(qū)輸電線路涉鳥故障情況可知,該地區(qū)的涉鳥故障主要涉及以下幾個因素:

(1）季節(jié)因素:如圖1(a）所示,鳥類活動具有明顯的季節(jié)性。鳥類遷徙的路線較為固定,并且遷徙數(shù)量龐大,遷徙的高峰期也正是沿途輸電線路鳥害的高發(fā)期。且春季時鳥類筑巢和繁殖旺盛:秋季時農(nóng)作物豐收,鳥類食物較多。總體上,春秋季(尤以3月和9月為甚）鳥害發(fā)生次數(shù)較多。

(2）時間因素:如圖1(b）所示,鳥類往往在22:00—次日07:00活動較為頻繁,此時輸電線路發(fā)生供電中斷的概率較高。夜晚空氣濕度較白天更大,鳥類在輸電線路上活動,易發(fā)生鳥糞閃絡等故障,造成供電中斷。

(3）其他因素:鳥類選擇筑巢的位置范圍有限,大多在自然保護區(qū)、生態(tài)綠地和農(nóng)田的周圍。即使巡檢人員清理了鳥巢,鳥類也很可能會在短時間內于原位置或相近位置重新筑巢,鳥類筑巢的迅速性和重復性給清理工作造成了很大的工作難度。

3上海電網(wǎng)現(xiàn)有防鳥技術措施及其應用評估

當前上海電網(wǎng)采用的防鳥裝置如表3所示,基本覆蓋所有線路運行單位。對本地防鳥裝置應用情況進行對比評估可知,現(xiàn)有傳統(tǒng)防鳥害裝置應用效果具有一定局限性。

4防范架空輸電線路涉鳥故障的可行性措施

4.1輸電線路鳥害防護管理措施

(1）針對電力系統(tǒng)輸電線路分布情況,準確劃分鳥害區(qū)域。準確記錄適宜鳥類活動區(qū)域的輸電線路桿塔,以及發(fā)生過鳥害的桿塔,在巡線作業(yè)時重點檢查,將此類桿塔列為重點保護對象。發(fā)現(xiàn)鳥類筑巢,立即拆除,并安裝驅鳥裝置來控制相應區(qū)域的鳥類活動。

(2）對應鳥害區(qū)域,在輸電線路的設計、建設、運維3個階段分別考慮鳥害防護措施。設計階段考慮驅鳥器安裝預留位置、抗鳥類糞便污染的絕緣子設計:建設單位在桿塔架設時,要切實執(zhí)行防護裝置的安裝工作:運維單位要及時對輸電線路鳥害防護裝置查漏補缺,并及時更換受損絕緣子和驅鳥器。

(3）開發(fā)新的可有效用于輸電線路鳥害防治的高性價比驅鳥器,利于安裝,價格合理,適應氣候變化,能夠持續(xù)發(fā)揮驅鳥功能而不影響輸電線路的安全運行及線路檢修人員的正常作業(yè)。組建輸電線路鳥害防護班組,完善鳥害防護工作資料,加強鳥害防護宣傳。

4.2涉鳥故障的防治與現(xiàn)代化解決方案

目前對于輸電線路鳥害還需進一步深入研究并提出更為有效的防治方案。多功能的驅鳥設備有助于降低裝置應用效果的局限性,加強防鳥驅鳥效果,也能為架空輸電線路故障問題的解決提供新的可能。

激光驅鳥器具備覆蓋范圍廣(最大半徑可達2500m）、掃描方式多、安全無害等優(yōu)點。鳥類的視覺器官異常靈敏,當其感受到強烈的激光照射時,會驚嚇逃離。據(jù)ZDNet報道,俄亥俄州Meduri農(nóng)場使用由荷蘭BirdContro1Group團隊開發(fā)的農(nóng)用激光驅鳥器,長期運行測試后,效果出色。田治富等人也提出以強白光和超聲波結合的思路研制多功能綜合驅鳥器。

釋放不同的聲音,以達到更好的驅鳥效果:適用于人煙稀少區(qū)域,以保障可聞聲波對居民生活的干擾性較低。

新型智能驅鳥器是目前較為先進的驅鳥設備,基于Arduino等開源硬件平臺,融入物聯(lián)網(wǎng)技術進行設計[14]。據(jù)鳥害防治特點,可將新型智能驅鳥器原型設計工作拆解為鳥類檢測、驅鳥和物聯(lián)網(wǎng)通信三大主要環(huán)節(jié)。該驅鳥器將各類驅鳥方式相結合,大幅降低了人力工作成本,同時實現(xiàn)了智能電網(wǎng)的監(jiān)控與維護。

5總結與建議

(1）上海地區(qū)電網(wǎng)涉鳥故障具有明顯的季節(jié)性,主要集中在3月與9月,停電時間主要集中在22:00—次日07:00,大多由鳥巢類、鳥糞類故障引起,靠近自然保護區(qū)、生態(tài)綠地和農(nóng)田的地區(qū)發(fā)生鳥害概率相對較高。鳥類筑巢具有迅速性和重復性特點,給巡檢人員的及時清理造成了很大的工作難度。

(2）上海電網(wǎng)主要采取傳統(tǒng)驅鳥裝置來防止鳥害故障,作用范圍有限,不能主動驅鳥。

(3）應合理利用輸電線路鳥害防護管理措施,將新型智能鳥情監(jiān)控裝置與多功能新型綜合驅鳥裝置應用于涉鳥故障的監(jiān)測與防范中,并結合實際運行經(jīng)驗,提前做好隱患處理、裝備研制等工作。

基于紅外感應的驅鳥系統(tǒng),在滿足環(huán)境性、經(jīng)濟性的基礎上,無須直接接觸,不對鳥類產(chǎn)生任何傷害,可在一定的距離范圍內實現(xiàn)有效驅鳥。田安華等人提出利用紅外線報警系統(tǒng)來迅速提醒工作人員和驅逐鳥類。閔建平團隊則采用將紅外感應技術和超聲波技術相結合的方法,利用超聲波代替紅外線報警系統(tǒng),實現(xiàn)有效驅鳥。

語音風力驅鳥器利用無源風動能,安裝方便、免維護、壽命長、清潔環(huán)保,可保障電力線路暢通且不傷害鳥類:通過在風力驅鳥器的側面增加太陽能聲響裝置,釋放不同的聲音 , 以達到更好的驅鳥效果:適用于人煙 稀少區(qū)域 , 以保障可聞聲波對居民生活的干擾性較低。

新型智能驅鳥器是目前較為先進的驅鳥設備 ,基于 Arduino等開源硬件平臺 ,融入物聯(lián)網(wǎng)技術進行設計[l4]。 據(jù)鳥害防治特點 ,可將新型智能驅鳥器原型設計工作 拆解為鳥類檢測、驅鳥和物聯(lián)網(wǎng)通信三大主要環(huán)節(jié)。該 驅鳥器將各類驅鳥方式相結合 ,大幅降低了人力工作 成本 , 同時實現(xiàn)了智能電網(wǎng)的監(jiān)控與維護。

5    總結與建議

(1）上海地區(qū)電網(wǎng)涉鳥故障具有明顯的季節(jié)性 ,主 要集中在3月與9月 ,停電時間主要集中在22:00— 次日 07:00 ,大多由鳥巢類、鳥糞類故障引起 ,靠近自然保護 區(qū)、生態(tài)綠地和農(nóng)田的地區(qū)發(fā)生鳥害概率相對較高。鳥 類筑巢具有迅速性和重復性特點 ,給巡檢人員的及時清 理造成了很大的工作難度。

(2）上海電網(wǎng)主要采取傳統(tǒng)驅鳥裝置來防止鳥害故 障 ,作用范圍有限 ,不能主動驅鳥。

(3）應合理利用輸電線路鳥害防護管理措施 ,將新 型智能鳥情監(jiān)控裝置與多功能新型綜合驅鳥裝置應用 于涉鳥故障的監(jiān)測與防范中 ,并結合實際運行經(jīng)驗 ,提 前做好隱患處理、裝備研制等工作。